氫氧化鈉—尿素法測定煙草木質素預處理方法的優(yōu)化

臧福坤 李新生 嚴新龍

摘要[目的]優(yōu)化氫氧化鈉-尿素法（NU法）測定煙草木質素含量的預處理方法。[方法]分別用中性洗滌劑和氫氧化鈉-尿素溶液對煙梗、煙葉碎片（煙片）、煙葉碎末（煙末）進行預處理，分析比較了2種溶液對干擾物的去除效果，并對2種預處理方法下NU法的測定結果進行了對比評價。[結果]中性洗滌劑對煙梗、煙片、煙末的干擾物去除率近80%，比氫氧化鈉-尿素溶液提高13%～16%；在中性洗滌預處理方法下，NU法測得3種煙草樣品的木質素含量大小關系為煙梗>煙片>煙末，與氫氧化鈉-尿素預處理下的測定結果恰恰相反；預處理方法優(yōu)化后NU法的精密度為2.03%，滿足檢測需求。[結論]研究可為煙草木質素含量測定的預處理方法優(yōu)化提供參考。

關鍵詞氫氧化鈉-尿素法；煙草木質素；預處理方法優(yōu)化；中性洗滌劑；氫氧化鈉-尿素溶液

中圖分類號TS41文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2017）16-0091-03

Pretreatment Optimization of NaOH/Urea Method Used for Content Determination of Lignin in Tobacco

ZANG Fukun，LI Xinsheng，YAN Xinlong（Technology Center，Taicang Haiyan Reconstituted Tobacco Co.Ltd.of Shanghai Tobacco Group，Taicang，Jiangsu 215433）

Abstract[Objective] To optimize the pretreatment method of NaOH/Urea method used for content determination of lignin in tobacco.[Method] Tobacco stems，scraps and dusts were pretreated with neutral detergent and NaOH/Urea solution respectively，then both the interfering substances removal rates and the content results determined by NaOH/Urea method under each pretreatment method were compared.[Result] The results showed that： Neutral detergent could remove interfering substances in tobacco stems，scraps and dusts by about 80%，which is 13%-16% higher than that of NaOH/Urea solution； The order of lignin content determined by NaOH/Urea method under neutral detergent pretreatment was tobacco stems > scraps > dusts，which was right opposite from that under NaOH/Urea pretreatment； the precision of NaOH/Urea method after pretreatment optimization reached 2.03%，which had already met the determination demand.[Conclusion] The study can provide reference for pretreatment optimization for content determination of lignin in tobacco.

Key wordsNaOH/Urea method；Tobacco lignin；Pretreatment optimization；Neutral detergent； NaOH/Urea solution

木質素是植物細胞壁物質的主要成分之一，與纖維素、半纖維素一起組成植物體的“三素”。木質素的存在會對煙草制品的吸食品質造成不良影響，Kibet等[1]、李曉亮等[2]、劉剛等[3]的研究均表明，木質素裂解過程中會產生CO以及苯酚、兒茶酚、苯等促癌活性物質；任曉紅[4]的研究則證明，木質素含量與煙氣刺激性、雜氣呈顯著正相關關系。可見，準確測定煙草中的木質素含量是煙草原料選擇及煙草木質素含量調控等工作的重要支撐，對煙草制品的減害提質具有重要意義。然而由于木質素分子結構復雜，至今還沒有一種相對完美的方法能夠對其進行準確、快速測定。

針對煙草行業(yè)標準YC/T 347—2010[5]忽略酸溶木質素測定的缺陷，紀楷濱[6]、孔浩輝等[7]等利用氫氧化鈉-尿素溶液在低溫下能夠溶解纖維素、半纖維而保留大部分木質素的特點，開發(fā)出新的煙草木質素測定方法（氫氧化鈉-尿素低溫溶解法，即NU法），檢測流程如圖1所示。與傳統(tǒng)的硫酸法相比，該法在酸解和酸溶木質素的測定中做了較為合理的改進，測定的總木質素含量更接近真實值。

由于煙草化學組成比較復雜，因此煙草樣品的前處理顯得尤為重要。孔浩輝等[8]在對氫氧化鈉-尿素溶液的預處理效果研究中發(fā)現，該溶液體系雖然可以溶解較多的蛋白質和水溶性糖類，但一些水溶性差的脂質如高級脂肪酸酯和蠟質等則仍不能除盡，而這些物質的殘留會對后面的酸解和堿處理造成干擾，最終影響測定結果的準確性。為解決上述問題，筆者采用中性洗滌劑作為預處理溶劑對NU法進行優(yōu)化，并對優(yōu)化前后的預處理效果和木質素含量測定結果進行了比較分析。

1材料與方法

1.1材料原料：煙梗、煙葉碎片（簡稱煙片）、煙葉碎末（簡稱煙末）、煙草漿料（簡稱煙漿）來自華環(huán)煙葉復烤有限公司，并按煙草行業(yè)標準YC/T 31—1996[9]進行試樣的制備和水分測定。

主要試劑：二水合乙二胺四乙酸二鈉、十水合四硼酸鈉、十二烷基硫酸鈉、乙二醇乙醚、十二水合磷酸氫二鈉、正辛醇（AR，國藥集團化學試劑有限公司），按文獻[5]中的規(guī)定用于中性洗滌劑（3%十二烷基硫酸鈉溶液）的配制；氫氧化鈉、尿素（AR，百靈威科技有限公司），用于8%氫氧化鈉-12%尿素水溶液的配制；濃硫酸（AR，上海試劑四廠），用于17.5%硫酸溶液的配制。

主要儀器：Cyclotec 1093粉碎磨粉機，丹麥，福斯分析儀器公司；RCT加熱磁力攪拌器，德國，IKA公司；TDL-5-A離心機，上海安亭科技儀器廠；F12-ED標準型加熱制冷循環(huán)器，德國，優(yōu)萊博；Lambda 25紫外可見分光光度計，德國，珀金埃爾默；B180馬弗爐，德國，納博熱；Frontier紅外光譜儀，德國，珀金埃爾默。

1.2方法

1.2.1中性洗滌劑預處理。

稱取約1 g試樣加入錐形瓶中，再加入200 mL中性洗滌劑和2 mL正辛醇（消泡劑），加熱體系并保持微沸回流1 h，然后趁熱抽濾，固體用熱水洗至濾液無泡沫。

1.2.2氫氧化鈉-尿素溶液預處理。

稱取約1 g試樣加入離心管中，再加入30 mL預先冷卻至-10 ℃的8%氫氧化鈉-12%尿素溶液，于-10 ℃冷浴中攪拌0.5 h，然后離心分離，棄去上清液，固體用水洗至中性。

1.2.3總木質素含量測定。

按文獻[7]中的方法，先用17.5%硫酸溶液進行微沸回流處理0.5 h，冷卻后離心分離，上清液稀釋后用紫外分光光度法于波長325 nm下測定吸光度，外標法定量測定其中的酸溶木質素含量；下層固體用水洗至中性后，再用預先冷卻至-10 ℃的8%氫氧化鈉-12%尿素溶液于-10 ℃冷浴中攪拌處理0.5 h，然后離心分離，棄去上清液，固體用水洗至中性，然后轉移至坩堝中，先于105 ℃烘干，再轉移至馬弗爐中于800 ℃灼燒4 h，灼燒前后的重量差即為酸不溶木質素含量。酸溶木質素與酸不溶木質素含量之和即總木質素含量。

1.2.4紅外光譜測試。

按文獻[8]中的方法，預處理后樣品在50 ℃下真空干燥至絕干，稱量約2 mg，用100倍重量的溴化鉀壓片，12 MPa下持續(xù)2 min。上機掃描，掃描范圍4 000～400 cm-1；分辨率4 cm-1；累加掃描次數32次。

2結果與分析

2.1預處理效果

肉眼觀察發(fā)現，用氫氧化鈉-尿素溶液處理后，在離心洗滌過程中，上清液有顏色且呈渾濁狀態(tài)，下層固體尤其是煙片樣品顆粒較明顯（圖2）；而用中性洗滌劑預處理并離心后，上清液呈無色透明狀，且下層固體也比較細膩，無明顯顆粒（圖3）。直觀來看，中性洗滌劑的除雜效果要好于氫氧化鈉-尿素溶液。

下層固體烘干后稱重，計算干擾物去除率發(fā)現，中性洗滌劑能夠去除樣品中近80%的干擾物，較氫氧化鈉-尿素預處理多去除13%～16%，結果如表1所示。從國家標準GB/T 20806—2006[10]的測定原理可以發(fā)現，中性洗滌劑具有極強的溶解能力，幾乎能夠溶解除纖維素、半纖維素、木質素以外的所有細胞內容物，如脂肪、淀粉、蛋白、糖類等，這主要歸因于其主要成分十二烷基硫酸鈉是一種表面活性劑，具有“水油兼溶”的能力。從干擾物去除率看，中性洗滌劑比氫氧化鈉-尿素溶液更適合作為NU法的預處理溶液，可為后續(xù)測定盡量降低干擾。

對預處理后的煙草樣品進行紅外光譜分析，發(fā)現在相同預處理條件下，煙梗和煙片的譜圖變化相似（圖4、5），但同一樣品在不同預處理條件下的譜圖卻有顯著差異，以煙梗為例，這種差異主要體現在2處。首先，用中性洗滌劑預處理后1 735 cm-1（酯C=O伸縮振動）處的吸收峰消失（G2），而用氫氧化鈉-尿素溶液處理后該吸收峰仍然存在且強度較大（G1），說明中性洗滌劑脫脂較徹底，而氫氧化鈉-尿素溶液的脫脂能力較差；其次，用中性洗滌劑預處理后1 609、1 419 cm-1（芳環(huán)骨架伸縮振動，1 580、1 500 cm-1處峰強較弱被掩蓋）處的吸收峰仍較強（G2），而用氫氧化鈉-尿素溶液處理后該2處吸收峰強度相對較弱（G1）。導致這種情況的原因可能有2點：一是氫氧化鈉-尿素溶液會溶解小分子木質素[7]，造成預處理階段部分木質素損失；二是存在物質干擾，如蛋白質的特征峰會與芳環(huán)特征峰重疊。

以上結果說明，與用氫氧化鈉-尿素溶液作為預處理溶液相比，中性洗滌劑不僅能夠盡可能多地去除干擾物，而且不會對樣品中的木質素造成損失，用其作為預處理溶劑更為

合適。

2.2總木質素含量檢測結果2種預處理條件下NU法的木質素含量測定結果如表2所示。

通過比較發(fā)現，在氫氧化鈉-尿素溶液預處理條件下，3種煙草樣品中總木質素含量的大小依次為煙末、煙片、煙梗，然而這種大小關系與事實相悖。首先需要說明的是，3種樣品來自同一家煙葉復烤廠的廢棄物，均為不同等級混合物，因此樣品中的木質素含量一定程度上可代表平均水平，因此三者具有可比性。其次，根據煙草生物學研究，煙梗是煙葉的主脈，主要由韌皮部和木質部組成，其中木質部含有較為豐富的木質素，因此煙梗中的木質素含量應高于煙片；另外，煙末是粒徑更小的煙片，但由于混雜了更多的灰塵而導致灰分較高，因此木質素含量應略低于煙片。而換用中性洗滌預處理方法后，木質素含量的大小依次為煙梗、煙片、煙末，更加貼合實際。相反的檢測結果再次證明采用中性洗滌劑作為預處理溶劑更為合理，同時也驗證了預處理環(huán)節(jié)的重要性。

2.3中性洗滌預處理條件下NU法的精密度

煙漿是由煙梗、煙片、煙末按一定比例混合并用水萃取后剩余的不溶物經磨機叩解后得到的煙草漿料，用其作為重復性檢驗樣品具有代表性。烘干后的煙漿樣品經6次重復測定的總木質素含量依次為11.34%、11.63%、12.00%、11.42%、11.54%、11.71%。

由此可見，6次重復測定結果的相對標準偏差僅為2.03%，方法的重現性良好，滿足檢測要求。

3結論

用中性洗滌劑替代氫氧化鈉-尿素溶液對NU法測定煙草木質素含量測定進行了優(yōu)化。與氫氧化鈉-尿素低溫溶劑體系相比，中性洗滌劑能夠更加徹底地去除煙草樣品中

的干擾物，去除率近80%，可為NU法的后續(xù)處理盡量降低干擾。預處理方法優(yōu)化后，NU法檢測結果更貼合實際，3種煙草樣品中總木質素含量關系為煙梗>煙片>煙末，與氫氧化鈉-尿素溶液預處理條件下所得結果相反。此外，經重復性試驗得到優(yōu)化后的方法精密度為2.03%，滿足檢測需求。

參考文獻

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安徽農業(yè)科學，Journal of Anhui Agri. Sci.2017，45（16）：97-101，137